基本介紹
- 中文名：變軌
- 外文名：orbital transfer
衛星變軌,變軌原因,動力學角度分析,能量角度分析,影響因素,變軌策略,套用舉例,
衛星變軌
衛星在軌期間自主改變運行軌道的過程稱為變軌。衛星軌道是橢圓，節省發射火箭燃料的方法，可以先發射到大橢圓軌道，衛星處於遠地點的時候，衛星上面的姿態調整火箭點火，這樣衛星的軌道變成需要的高度。變軌可以多次，這就需要精確計算衛星變軌的時間，由地面指令控制。
人造衛星、宇宙飛船（包括空間站）在軌道運行的過程中，常常需要變軌。除了規避“太空垃圾”對其的傷害外，主要是為了保證其運行的壽命。由於受地球引力影響，人造衛星、宇宙飛船（包括空間站）運行軌道會以每天 100米左右的速度下降。這樣將會影響人造衛星、宇宙飛船（包括空間站）的正常工作，常此以久將使得其軌道越來越低，最終將會墜落大氣層。
變軌原因
動力學角度分析
當飛船發動機噴氣加速，飛船的速度增加，作圓周運動所需的向心力增加，但是圓周運動所提供的向心力（即萬有引力）不變，飛船將會作離心運動，其運行軌道將提升，速度將會減小。
能量角度分析
在這裡我們來作以下的估算：設人造衛星的質量為2噸，原軌道半徑為342.8公里，現變軌到349公里。該人造衛星的重力勢能增加值為（假設該過程中重力加速度值無變化，且值為10米/秒2）在這個過程中該人造衛星的動能減少值為（萬有引力恆量G = 6.67×10－11牛.米2/千克2，地球質量M = 5.98×1024千克）
由以上估算可以看出——該人造衛星在變軌（由低軌道升至高軌道）的過程中，重力勢能增加值遠遠大於動能減少值。也就是說，在變軌過程中，發動機消耗的能量E主要是為了增加人造衛星的重力勢能。據能量守恆關係，有 E + ΔEK = ΔEP，也就是說人造衛星調整到高軌道是以動能的損失和發動機消耗能量為代價來增加其重力勢能。
變軌之後，飛船做勻速圓周運動的軌道半徑增大。
影響因素
轉移軌道的確定需要考慮運載火箭能力、衛星測控時間要求、發射場地理位置和發射方向的限制等因素。
一般來說，轉移軌道的設計結果，較多地取決於運載能力的大小及發射場緯度。近地點高度主要依賴於運載火箭的能力及測控要求，近地點高度的選取不宜過低，以免大氣阻力對衛星軌道和姿態影響過大．一般不低於200 km。軌道傾角的大小與發射場緯度有關係。對於不進行軌道面改變的運載火箭．轉移軌道的最小傾角即為發射場緯度．但對於可進行軌道面改變的運載火箭，可利用火箭的餘量儘可能壓低傾角。遠地點高度應至少達到地球同步高度，若運載火箭的能力有餘量．可進一步抬高遠地點高度，以節省衛星變軌對推進劑的消耗，但是高度也不能無限制地增加，需綜合考慮星上測量儀器及測控鏈路的限制。
變軌策略
變軌策略的設計主要以理論轉移軌道、標準發動機的參數及要求的定點經度制定的。並得出變軌次數、每次點火開始時間、點火時間長度、點火方向、消耗推進劑量等設計結果。該結果是進行推進劑預算、制定飛行程式及發射視窗等工作的依據。
在每次點火之前，都需要根據實際軌道的測量結果和變軌精度的標定結果進行變軌策略的調整。
套用舉例
“嫦娥一號”衛星從發射到繞月飛行一共要做7次變軌：其中，從圍繞地球運轉到進入奔月軌道(奔月軌道即地月轉移軌道)需要4次變軌，這4次變軌需要加速才能完成i之後，從奔月軌道運行到繞月軌道，還需要3次變軌，這3次變軌要靠制動技術，即減速“剎車”技術：最後一次變軌完成後．“嫦娥一號”衛星將進入繞月飛行的工作軌道：這個軌道為圓形，離月球表面200千米，7次變軌每一次都很重要．任何一次都直接影響整個變軌的效果。
“嫦娥一號”實施變軌是為了節省火箭能量，如果把衛星從地面直接發射到繞月軌道，技術上可以做到，但需要增加火箭的推力，相比之下。實施變軌是節能、經濟的好辦法 “嫦娥一號”衛星變軌的關鍵技術在於變軌發動機。發動機在接收地面的指令後，必須精確回響，嚴格實施開機、關機、變軌等指令．否則衛星就有可能飛向別的方向。
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